La forme du noyau de xénon n'est plus un mystère express
Les noyaux atomiques ne ressemblent pas toujours à des boules de billard. Certains sont allongés comme des cigares, d'autres aplatis. Pour le xénon-129, la forme évoque une pomme de terre — un ellipsoïde triaxial bosselé. Pour déterminer une telle forme, les physiciens ont utilisé une méthode qui rappelle la collision de deux galettes de pâte : en accélérant les noyaux à des vitesses proches de celle de la lumière (vitesse de la lumière) et en les faisant entrer en collision, ils reconstituent la géométrie initiale à partir de la dispersion des fragments.
En utilisant les données du Grand collisionneur de hadrons et des méthodes mathématiques astucieuses pour tenir compte des incertitudes, l'équipe a découvert que le noyau de xénon est allongé dans trois directions presque au maximum. Cela coïncide de manière inattendue avec les calculs quantiques, confirmant la justesse du modèle standard. Le plus surprenant, c'est qu'un tel noyau ne reste pas simplement au repos, mais qu'il culbute constamment, tournant autour de plusieurs axes, comme une toupie désorientée. Cette rotation engendre un motif d'émission particulier, désormais détectable dans les expériences.
Ainsi, le collisionneur se transforme en une sorte de spectroscope, permettant de scruter le cœur de l'atome. L'augmentation du désordre (entropie) lors des collisions est inévitable, mais c'est le prix à payer pour obtenir des informations uniques. L'idée remonte à Rutherford et à ses successeurs Fermi et Bethe.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.03993
Imaging a quantum many-body system requires probes that resolve the coordinates of its constituents in sufficiently large event samples, allowing measurements of correlation functions [1-4]. High-energy nuclear collisions provide this opportunity on the nuclear scale [5], enabling features of colliding ions, such as their deformation, to be probed through particle correlation observables [6, 7]. However, a quantitative extraction of the correlation properties of nuclei from these measurements is still lacking. Here we show that this is possible for the nucleus $$^{129}$$Xe using Bayesian inference methods. We combine a deformed-rotor description of the colliding nuclei, which encodes the many-body dynamics of constituent neutrons and protons, with hydrodynamic simulations of the ensuing collision evolution. From a combined global analysis of Large Hadron Collider data on Xe-Xe and Pb-Pb collisions, we then infer that the shape of $$^{129}$$Xe is nearly maximally triaxial, which aligns with mean-field results for xenon isotopes away from shell closure [8, 9]. From this we evaluate two- and three-particle correlations in the nuclear ground state to provide new constraints for \textit{ab initio} methods in nuclear theory. We establish thus collider experiments as a means of quantifying correlations of protons and neutrons arising from residual forces of quantum chromodynamics.
Les noyaux triaxiaux, tels des toupies quantiques, culbutent dans l'espace, tournant autour de plusieurs axes à la fois. Cela crée un motif complexe dans leur émission.